CN210998685U - 双臂机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于自动化领域，公开了一种双臂机器人，其包括：躯干，用于提供支撑并集成有电源和信号接口；和连接于所述躯干两侧的左臂与右臂，所述左臂和右臂均具有与人体的七个自由度一一对应的七个自由度。通过上述技术方案，使得左臂和右臂近似为人体手臂，可以相互配合完成作业，可以到达工作空间内的任意位置和形成任意姿态，实现对复杂工序的灵活的操作，以及作为研究平台进行二次开发。

Description

双臂机器人

技术领域

本实用新型属于自动化领域，具体地说，涉及一种双臂机器人。

背景技术

在机器人领域，常见的为传统的多自由度机器人，尽管此技术已经较为成熟，但是在处理一些更加灵活多变的任务和需求时，此类传统的机器人也会显得不够适用，这就需要一种双臂机器人来完成此类工作，而现有的双臂机器人普遍存在成本高，结构复杂，精度不高等缺点，难以进行工业化应用。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种双臂机器人，其包括：躯干，用于提供支撑并集成有电源和信号接口；和连接于所述躯干两侧的左臂与右臂，所述左臂和右臂均具有与人体的七个自由度一一对应的七个自由度。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述左臂和右臂的结构相同，所述左臂包括：底座，一端与所述躯干连接；肩部，与所述底座的另一端相连，具有肩部纵向关节和肩部横向关节，所述肩部纵向关节的肩部纵向电机安装于所述底座内，所述肩部纵向关节的第一壳体安装于所述肩部纵向电机的输出端上，所述肩部横向关节的肩部横向电机安装于所述第一壳体内，所述肩部横向关节的第二壳体安装于所述肩部横向电机的输出端上；肘部，具有肘部纵向关节和肘部横向关节，所述肘部纵向关节的肘部纵向电机安装于所述第二壳体内，所述肘部纵向关节的第三壳体安装于所述肘部纵向电机的输出端上，所述肘部横向关节的肘部横向电机安装于所述第三壳体内，所述肘部横向关节的第四壳体安装于所述肘部横向电机的输出端上；和腕部，具有腕部纵向关节和腕部横向关节，所述腕部纵向关节的腕部纵向电机安装于所述第四壳体内，所述腕部纵向关节的第五壳体安装于所述腕部纵向电机的输出端上，所述腕部横向关节的腕部横向电机安装于所述第五壳体内，所述腕部横向关节的第六壳体安装于所述腕部横向电机的输出端上，所述第六壳体内安装有第七纵向电机。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机、腕部横向电机和第七纵向电机的转轴为中空结构以形成通孔，所述通孔内布设有双臂机器人用线缆。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机和腕部横向电机和第七纵向电机均为将谐波减速器与电机集成为一体的谐波一体电机；肩部纵向电机的输出端、肩部横向电机的输出端、肘部纵向电机的输出端、肘部横向电机的输出端、腕部纵向电机的输出端、腕部横向电机的输出端和第七纵向电机的输出端为所述谐波一体电机的钢轮。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机、腕部横向电机和第七纵向电机中相邻两个的输出端轴向垂直。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述肩部纵向电机、肘部纵向电机、腕部纵向电机和第七纵向电机的输出端轴向为水平方向；所述肩部横向电机、肘部横向电机和腕部横向电机的输出端轴向为竖直方向。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述第一壳体、第三壳体和第五壳体的结构相同，所述第一壳体包括：第一纵向部，呈筒型，一端与所述肩部纵向电机的输出端连接，以绕所述肩部纵向电机的输出端的轴向旋转；和第一横向部，呈筒型，内置有所述肩部横向电机，所述第一横向部的一端与所述第一纵向部的另一端连接且低于所述第一纵向部的另一端，所述第一横向部的另一端安装有所述肩部横向电机的输出端。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述第二壳体、第四壳体和第六壳体的结构相同，所述第二壳体包括：第二横向部，呈筒型，一端与所述肩部横向电机的输出端连接，以绕所述肩部横向电机的输出端的轴向旋转；和第二纵向部，呈筒型，内置有所述肘部纵向电机，所述第二纵向部位于所述第二横向部下方，且所述第二纵向部的一端与所述第二横向部的另一端连接，所述第二纵向部的另一端安装有所述肘部纵向电机的输出端。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述第一壳体、第二壳体、第三壳体、第四壳体、第五壳体、第六壳体和第七壳体均为一体结构且材质均为碳纤维材质。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述第二纵向部与第一纵向部的高度相同。

在如上所述的双臂机器人中，优选地，所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机和腕部横向电机和第七纵向电机的外径相同，长度因功率不同而不同。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

采用了谐波一体电机，免去更多连接，结构简单。

采用内部中空的结构，方便穿过线缆，避免线缆外露。

自由度更接近人体，相互配合工作更加灵活。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种双臂机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种躯干的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种自由度分布的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种底座与肩部的连接示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种第一壳体的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种第二壳体的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种谐波一体电机的结构示意图；

图中标记说明如下：

1-躯干、101-信号接口、2-左臂、3-右臂、4-底座、5-肩部纵向关节、6-肩部横向关节、7-肘部纵向关节、8-肘部横向关节、9-腕部纵向关节、10-腕部横向关节、11-肩部纵向电机、111-第一钢轮、12-肩部转接件、13-肩部横向电机、131-第二钢轮、14-端盖、15-第一壳体、151-第一纵向部、152-第一横向部、16-第二壳体、161-第二纵向部、162-第二横向部。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1～7，本实用新型实施例提供了一种双臂机器人，其包括：躯干1、左臂2和右臂3。

躯干1用于提供支撑，其上集成有电源和接插口以为下述各电机的运行提供电源和传输信号，接插口为信号接口101。应用时可以在躯干1上进行设备拓展。为了稳定地提供支撑和便于左臂2和右臂3的安装，躯干1的下部可以呈锥台型，躯干1的上部为弯头。左臂2和右臂3对称地连接于躯干1的左、右两侧，两者均具有七个自由度，该七个自由度与人类的七个自由度一一对应，此时可以将左臂2和右臂3都称为七自由度机械臂，近似为人体手臂。

通过将左臂2和右臂3设置成具有七个自由度，使得双臂机器人的自由度更接近人体，实现了双臂机器人具有拟人形态的优点，从而可以使左臂2或右臂3的末端到达工作空间内的任意位置，形成任意姿态，左臂2和右臂3相互配合工作更加灵活，还可以将该双臂机器人作为研究平台进行二次开发。

具体地，左臂2和右臂3的结构相同，下面以左臂2为例，介绍两者的结构，七个自由度包括：第一自由度、第二自由度、第三自由度、第四自由度、第五自由度、第六自由度和第七自由度。

左臂2包括：底座4、肩部、肘部和腕部。底座4呈筒型，其一端与躯干1连接，如底座4的一端开设有螺纹孔，躯干1的上部也开设有螺纹孔，通过螺栓将两者连接在一起。肩部具有肩部纵向关节5和肩部横向关节6。肩部纵向关节5的肩部纵向电机11安装于底座4内，其输出端设置于底座4的另一端，即输出端朝向该另一端，肩部纵向关节5的第一壳体15的一端安装于肩部纵向电机11的输出端上以实现第一壳体15绕肩部纵向电机11的输出端旋转，此输出端的旋转动作对应第一自由度。肩部横向关节6的肩部横向电机13安装于第一壳体15内且其输出端设置于第一壳体15的另一端，肩部横向关节6的第二壳体16的一端安装于肩部横向电机13的输出端上以实现第二壳体16绕肩部横向电机13的输出端旋转，此输出端的旋转动作对应第二自由度。肘部具有肘部纵向关节9和肘部横向关节8。肘部纵向关节9的肘部纵向电机安装于第二壳体16内且其输出端设置于第二壳体16的另一端，肘部纵向关节9的第三壳体安装于肘部纵向电机的输出端上以实现第三壳体绕肘部纵向电机的输出端旋转，此输出端的旋转动作对应第三自由度。肘部横向关节8的肘部横向电机安装于第三壳体内且其输出端设置于第三壳体的另一端，肘部横向关节8的第四壳体的一端安装于肘部横向电机的输出端上以实现第四壳体绕肘部横向电机的输出端旋转，此输出端的旋转动作对应第四自由度。腕部具有腕部纵向关节9和腕部横向关节10。腕部纵向关节9的腕部纵向电机安装于第四壳体内且其输出端设置于第四壳体的另一端，腕部纵向关节9的第五壳体的一端安装于腕部纵向电机的输出端上以实现第五壳体绕腕部纵向电机的输出端旋转，此输出端的旋转动作对应第五自由度。腕部横向关节10的腕部横向电机安装于第五壳体内且其输出端设置于第五壳体的另一端。腕部横向关节10的第六壳体的一端安装有腕部横向电机的输出端以实现第六壳体绕腕部横向电机的输出端旋转，此输出端的旋转动作对应第六自由度。第六壳体内安装有第七纵向电机且第七纵向电机的输出端安装有第六壳体的另一端，该输出端的旋转动作对应第七自由度。实际应用中，第七纵向电机的输出端可以安装有机器抓爪。机器抓爪的负载可以很轻，如1～2K g，加上双臂机器人的重量较轻，因此可以将该双臂机器人称之为轻量型双臂机器人。

双臂机器人需布置较多线缆，为了避免双臂机器人用线缆外漏，肩部纵向电机11、肩部横向电机13、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机、腕部横向电机和第七纵向电机的转轴为中空结构，通过该中空结构形成有沿转轴轴向的通孔。布置线缆时，可以将线缆穿过各电机的通孔，从而避免线缆的外漏。该线缆与电源和信号接口101相连以实现电力和信号的传输。

肩部纵向电机11、肩部横向电机13、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机和腕部横向电机和第七纵向电机均为谐波一体电机，即将谐波减速器和电机集成为一体的动力单元，如此使得动力单元的结构简单，免去安装时较多的连接，还可以减轻双臂机器人的重量。对应的，各电机的输出端均为谐波一体电机的钢轮。

优选地，肩部纵向电机11、肩部横向电机13、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机、腕部横向电机和第七纵向电机中相邻两个电机的输出端轴向垂直，即肩部纵向电机11和肩部横向电机13的输出端相互垂直，肩部横向电机13和肘部纵向电机的输出端轴向垂直，肘部纵向电机和肘部横向电机的输出端轴向垂直，肘部横向电机和腕部纵向电机的输出端轴向垂直，腕部纵向电机和腕部横向电机的输出端轴向垂直，腕部横向电机和第七纵向电机的输出端轴向垂直，如此使得双臂机器人的自由度接近人体。

优选地，肩部纵向电机11、肘部纵向电机、腕部纵向电机和第七纵向电机的输出端轴向为水平方向，肩部横向电机13、肘部横向电机和腕部横向电机的输出端轴向为竖直方向，如此使得双臂机器人的自由度更进一步接近人体。应用时，可以通过下述壳体实现输出端轴向的变换方向，变换的角度可以为90度。

第一壳体15、第三壳体和第五壳体的结构相同，下面以第一壳体15为例，对第一壳体15的结构进行介绍。

第一壳体15包括：第一纵向部151和第一横向部152。第一纵向部151呈筒型，其一端与肩部纵向电机11的输出端(即第一钢轮111)连接，以在肩部纵向电机11的驱动下绕肩部纵向电机11的输出端的轴向旋转。连接时，可以通过肩部转接件12实现，肩部转接件12呈圆盘状，在其端面上开有沿轴向的孔，该孔与肩部纵向电机11的输出端通过螺栓连接；在其侧面上开有沿径向的孔，该孔与第一壳体15通过螺栓连接。第一横向部152呈筒型，其内设置有肩部横向电机13，第一横向部152的一端与第一纵向部151的另一端连接且低于第一纵向部151的另一端，第一横向部152的另一端安装有肩部横向电机13的输出端(即第二钢轮131)，如此可以使得第一横向部152与第一纵向部151的高度相差不大，减少所占用的空间体积。

第二壳体16、第四壳体和第六壳体的结构相同，下面以第二壳体16为例，对第二壳体16的结构进行介绍。

第二壳体16包括：第二横向部162和第二纵向部161。第二横向部162呈筒型，其一端与肩部横向电机13的输出端连接，以在肩部横向电机13的驱动下绕肩部横向电机13的输出端的轴向旋转。连接时，也可以通过肩部转接件12实现。第二纵向部161呈筒型，其内设置有肘部纵向电机，第二纵向部161位于第二横向部162下方，且第二纵向部161的一端与第二横向部162的另一端的侧面连接，第二纵向部161的另一端安装有肘部纵向电机的输出端。为了防止灰尘等杂质由第二横向部162进入第一横向部152内，影响肩部横向电机13的运转，第二壳体16还包括：端盖14，盖设于第二横向部162上。优选地，第二纵向部161与第一纵向部151高度相同，如此使得双臂机器人更进一步地接近人体。

第一壳体15、第二壳体16、第三壳体、第四壳体、第五壳体、第六壳体和第七壳体均为一体结构且材质均为碳纤维材质，如此可以提高各壳体的强度、减轻双臂机器人的重量。

肩部纵向电机11、肩部横向电机13、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机和腕部横向电机和第七纵向电机的外径相同，长度因功率不同而不同，从而可以使第一壳体15、第二壳体16、第三壳体、第四壳体、第五壳体、第六壳体和第七壳体的外径相同，根据各电机的长度选择不同的长度，此时，各壳体可以仅有两种模具，分别对应第一壳体15和第二壳体16，且两种模具两端的伸出长度可以变化，如此实现第一壳体15和第二壳体16的长度变化，从而使得各壳体的制造不用增加额外的模具，且各壳体的通用互换性强。可以自由拼接，使得安装维护更为方便简单。其通孔用来穿过线缆，避免外露。

综上所述，本实用新型提供的轻量型双臂机器人能够实现的有益效果如下：

采用了谐波一体电机，免去更多连接，结构简单。

采用内部中空的结构，方便穿过线缆，避免线缆外露。

自由度更接近人体，相互配合工作更加灵活。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (9)

1.一种双臂机器人，其特征在于，所述双臂机器人包括：

躯干，用于提供支撑并集成有电源和信号接口；和连接于所述躯干两侧的左臂与右臂，所述左臂和右臂均具有与人体的七个自由度一一对应的七个自由度；

所述左臂和右臂的结构相同，所述左臂包括底座，一端与所述躯干连接；

肩部，与所述底座的另一端相连，具有肩部纵向关节和肩部横向关节，所述肩部纵向关节的肩部纵向电机安装于所述底座内，所述肩部纵向关节的第一壳体安装于所述肩部纵向电机的输出端上，所述肩部横向关节的肩部横向电机安装于所述第一壳体内，所述肩部横向关节的第二壳体安装于所述肩部横向电机的输出端上；

肘部，具有肘部纵向关节和肘部横向关节，所述肘部纵向关节的肘部纵向电机安装于所述第二壳体内，所述肘部纵向关节的第三壳体安装于所述肘部纵向电机的输出端上，所述肘部横向关节的肘部横向电机安装于所述第三壳体内，所述肘部横向关节的第四壳体安装于所述肘部横向电机的输出端上；和

腕部，具有腕部纵向关节和腕部横向关节，所述腕部纵向关节的腕部纵向电机安装于所述第四壳体内，所述腕部纵向关节的第五壳体安装于所述腕部纵向电机的输出端上，所述腕部横向关节的腕部横向电机安装于所述第五壳体内，所述腕部横向关节的第六壳体安装于所述腕部横向电机的输出端上，所述第六壳体内安装有第七纵向电机；

所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机、腕部横向电机和第七纵向电机的转轴为中空结构以形成通孔，所述通孔内布设有双臂机器人用线缆。

2.根据权利要求1所述的双臂机器人，其特征在于，所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机和腕部横向电机和第七纵向电机均为将谐波减速器与电机集成为一体的谐波一体电机；

肩部纵向电机的输出端、肩部横向电机的输出端、肘部纵向电机的输出端、肘部横向电机的输出端、腕部纵向电机的输出端、腕部横向电机的输出端和第七纵向电机的输出端为所述谐波一体电机的钢轮。

3.根据权利要求1所述的双臂机器人，其特征在于，所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机、腕部横向电机和第七纵向电机中相邻两个的输出端轴向垂直。

4.根据权利要求3所述的双臂机器人，其特征在于，所述肩部纵向电机、肘部纵向电机、腕部纵向电机和第七纵向电机的输出端轴向为水平方向；

所述肩部横向电机、肘部横向电机和腕部横向电机的输出端轴向为竖直方向。

5.根据权利要求1所述的双臂机器人，其特征在于，所述第一壳体、第三壳体和第五壳体的结构相同，所述第一壳体包括：

第一纵向部，呈筒型，一端与所述肩部纵向电机的输出端连接，以绕所述肩部纵向电机的输出端的轴向旋转；和

第一横向部，呈筒型，内置有所述肩部横向电机，所述第一横向部的一端与所述第一纵向部的另一端连接且低于所述第一纵向部的另一端，所述第一横向部的另一端安装有所述肩部横向电机的输出端。

6.根据权利要求5所述的双臂机器人，其特征在于，所述第二壳体、第四壳体和第六壳体的结构相同，所述第二壳体包括：

第二横向部，呈筒型，一端与所述肩部横向电机的输出端连接，以绕所述肩部横向电机的输出端的轴向旋转；和

第二纵向部，呈筒型，内置有所述肘部纵向电机，所述第二纵向部位于所述第二横向部下方，且所述第二纵向部的一端与所述第二横向部的另一端连接，所述第二纵向部的另一端安装有所述肘部纵向电机的输出端。

7.根据权利要求6所述的双臂机器人，其特征在于，所述第一壳体、第二壳体、第三壳体、第四壳体、第五壳体、第六壳体和第七壳体均为一体结构且材质均为碳纤维材质。

8.根据权利要求6所述的双臂机器人，其特征在于，

所述第二纵向部与第一纵向部的高度相同。

9.根据权利要求2所述的双臂机器人，其特征在于，

所述肩部纵向电机、肩部横向电机、肘部纵向电机、肘部横向电机、腕部纵向电机和腕部横向电机和第七纵向电机的外径相同，长度因功率不同而不同。

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